三跨等截面钢筋混凝土简支T形梁桥计算

三跨等截面钢筋混凝土简支T形梁桥计算一、设计资料1.桥面净空：净-7+20.75人行道2.主梁跨径和全长标准跨径; =20m(墩中心距离)计算跨径L=19.6 0m（支座中心线距离）3设计荷载公路级，人群荷载3.04.材料钢筋：主筋用HRB335钢筋，其他用R235钢筋；混凝土：C30。5.计算方法极限状态方法。6.结构尺寸75如图1、图2所示，全断面五片主梁，五片横梁。75 图1桥横断面图（尺寸单位：cm）图2桥纵断面图（尺寸单位：cm）7.设计依据（1）公路桥涵通用规范（JTGD602004），简称桥规（2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD622004），简称公预规；（3）公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ02485），简称基规；（4）公路工程技术标准（JTG B01-2003），简称公技标；（5）公路桥梁板式橡胶支座（JT/T4-2004）第一章 主梁的计算（一）主梁的荷载分布系数（按GM法）(1)主梁的抗弯及抗扭惯矩和图3 T型梁单榀简图（尺寸单位：cm）求主梁界面的重心位置；平均板厚：=（8+14）/2=11（cm）=（160-18）1111/2+13018130/2 /（160-18）11+13018=41.2（cm） =142/12+14211+18/12+18130=6627500（）T型截面抗扭惯矩近似等于各个矩形截面抗扭惯矩之和，即； =式中：矩形截面截面抗扭惯矩刚度系数。 ，相应各矩形截面的宽度和厚度。查表可知：/=0.11/1.60=0.069，=1/3/=0.18/（1.3-0.11）=0.151， =0.301故=1/31.60.11+0.3011.19=0.710.001+2.090.001=0.0028（）单位宽度抗弯及抗扭惯矩：=/b=6.6275/160=4.142（/）=/b=2.80/160=1.75（/）(2)横梁抗弯及抗扭惯矩翼板有效宽度计算横梁长度取为两边主梁的轴线间距，即：L=4b=41.6=6.4C=0.5（4.9-0.15）=2.35mh=100cm，b=0.15m=15cmc/l=2.35/6.4=0.367根据c/l比值可查表，求得；/c=0.548，所以：=0.548 c=0.5482.35=1.29m求横梁截面重心位置：=（2/2+ /2）/（2+）=0.21m横梁的抗弯及抗扭惯矩=2/12+2+（）=0.0322=+/=0.11/4.9=0.030 0.1，查表得=1/3，但由于连续桥面的单宽抗扭惯矩只有独立板宽扁板者的翼板，可取=1/6。/=0.15/（1.0-0.11）=0.17，查表得=0.298。故=4.9+0.2980.89=1.971（）单位宽度抗弯及抗扭惯矩：=/b=3.22/4.9100=.0.664（/）=/b=1.971/4.9100=0.406（/）(3)计算抗弯参数和抗弯参数=G（+）/2按公预规3.1.6条，取=0.4， 则：=0.026 ，=0.161(4)计算荷载弯矩横向分布影响线坐标已知=0.324，查GM图表，可得表中数值。见表（1）表1 荷载弯矩横向分布影响线坐标值梁位荷载位置b3b/4b/2b/40-b/4-b/2-3b/4-b00.940.971.001.031.051.031.000.970.94b/41.051.061.071.071.020.970.930.870.83b/21.221.181.411.071.000.930.870.800.753b/41.411.311.201.070.970.870.790.720.67b1.651.421.241.070.930.840.740.680.6100.830.910.991.081.131.080.990.910.83b/41.661.511.351.2131.060.880.630.390.18b/22.462.101.731.380.980.640.23-0.17-0.553b/43.322.732.101.510.940.40-0.16-0.62-1.13b4.103.402.441.640.830.18-0.54-1.14-1.77用内插法求各梁位处横向分布影响线坐标植见图（4） 图4桥面尺寸简图（尺寸单位：cm）列表计算各梁的横向影响线坐标值见表（2） 表2各梁的横向影响线坐标值梁号计算式荷载位置b3b/4b/2b/40-b/4-b/2-3b/4-b11.4581.3221.2081.0700.9620.8640.7800.7120.6563.4762.8642.1681.5360.9180.356-0.236-0.724-1.258-2.018-1.532-0.960-0.4660.0440.5081.6161.4361.914-0.325-0.247-0.155-0.0750.0070.0820.1640.2310.3083.1512.6172.0131.4610.9250.438-0.072-0.493-0.950.6300.5230.4030.2920.1850.088-0.014-0.099-0.19021.1521.1321.1121.0701.0080.9460.8940.8280.7822.1401.8641.5781.3201.0120.7360.3900.054-0.258-0.988-0.732-0.466-0.250-0.0040.2100.5040.7741.040-0.159-0.118-0.075-0.040-0.0010.0340.0810.1250.1671.9811.7461.5031.2801.0110.7700.4710.179-0.0910.3960.3490.3000.2560.2020.1540.0940.036-0.01830.940.971.001.031.051.031.000.970.940.830.910.99.081.131.080.990.910.830.110.060.01-0.05-0.08-0.050.010.060.110.0180.0090.001-0.008-0.013-0.0080.0020.0100.0180.8480.9190.9911.0721.1171.0720.9920.9200.8480.1700.1840.1980.2140.2230.2140.1980.1840.170绘制横向分布影响线图求横向分布系数按照桥规4.3.1和4.3.5条规定：汽车边缘距人行道边缘距离不小于0.5米，人群荷载取3.0，人行道板以1.2kN竖向力作用在一块板上。各梁横向分布系数，公路级：各梁横向分布系数见下图所示。图5汽车荷载作用桥面简图（尺寸单位：cm）图6 3号梁横向分布系数图=（0.522+0.313+0.177-0.005）/2=0.504=（0.348+0.266+0.200.+0.095）/2=0.455=（0.184+0.212+0.022+0.200）/2=0.409人群荷载 =0.620 =0.391 =0.1712=0.342人行道板： =0.441 =0.378 =0.3480梁端剪力横向分布系数（按杠杆法）公路级=0.875/2=0.438 =1.000/2=0.500 =（0.938+0.250）=0.594人群荷载 =1.422 =-0.422 =0 图7桥面简图图8 1号梁汽车荷载影响线坐标值图9 2号梁汽车荷载影响线坐标值图10 3号梁汽车荷载影响线坐标值图11 人群荷载作用下简图图12 1号梁人群荷载作用下影响线坐标值图13 2号梁人群荷载作用下影响线坐标值（二）作用效应计算1、永久作用效应（1）永久荷载假定桥面构造各部分重力平均分配给主梁承担，计算见表3。表3构件尺寸图构件名构件简图及尺寸（cm）单元构件体积及算式(m3)容重每延米重量主梁1308187116025横隔梁25桥面铺装29160沥青混凝土：0.02 1.600.032混凝土垫层（取平均厚9cm）: 0.091.60=0.1442324人2814行道部28分10015 151041042502325252525182525一侧人行道部分每2.5米长时重12.40kN，1.0米长时重12.40/2.5=4.94（kN/m）。按人行道板横向分布系数分摊至各梁的部分为：1号、5号梁： =0.441， =0.4414.94=2.18（kN/m）2号、4号梁： =0.378， =0.3784.94=1.87 （kN/m）3号梁： =0.340， =0.3404.94=1.68（kN/m）各梁的永久荷载汇总于表(3)表4各梁的永久荷载（单位：KNm）梁号主梁横梁栏杆及人行道铺装层合计1（5）2（4）39.759.759.750.631.261.262.181.871.684.24.24.216.7717.0716.99（2）永久作用效应计算表5 影响线面积计算值项目计算面积影响线面积=LL/8=19.5/8=47.53/32=3/32=35.651=0=L/2=19.5/2=9.75永久作用效应计算汇总于表5表6永久作用效应计算表梁号（kNm）（kNm）（kN）qqqqqq1（5）16.7747.53797.0816.7735.65597.8516.779.75163.512（4）17.0947.53812.2917.0935.65609.2617.099.75166.63316.9047.53803.26176.9035.65602.4916.909.75164.782、可变作用效应（1）汽车荷载冲击系数为：=G/g =/2=4.33（HZ）介于1.5 HZ和14 HZ之间，按（桥规）4.3.2条规定，冲击系数按下式计算：=0.17670.0157=0.191（2）公路级均布荷载，集中荷载影响线面积按照桥规4.3.1条规定，公路级级均布荷载=7.875 kN/m，集中荷载=178.8kN. （计算跨径为19.5，故值需进行内插计算）计算剪力效应时：人群荷载为公路级及其影响线面积表(6)表7公路级及其影响线面积表项目顶点位置（） （kN）L/2处7.875214.247.53L/4处7.875214.235.65支点处7.875214.29.85L/2处7.875214.22.438可变作用（人群）（每延米）=2.25kN/m（3）可变作用效应（弯矩）计算表8公路级产生的弯矩（单位kNm）梁号内力（1）1+（2）（3）（4）（5）（6）弯矩效应 （1）（2）（3）（4）+（5）（6）10.5040.5041.21917.87548.0236.01214.24.8753.656747.02560.2520.4550.45548.0236.014.8753.656674.39505.7830.4090.40948.0236.014.98753.656606.21454.65人群产生的弯矩（单位KNm）表9人群产生的弯矩（单位KNm）梁号内力（1）（2）（3）弯矩效应（1）（2）（3）10.6200.6202.2547.5335.6566.3049.7320.3910.3912.2547.5335.6541.8131.3630.3420.3422.2547.5335.6536.5727.43基本荷载组合：按桥规4.1.6条规定，永久作用计算值效应可变作用计算值效应的分项系数为：永久作用分项系数：=1.2；汽车作用分项系数：=1.4；人群作用分项系数：=1.4。弯矩基本组合见表表10弯矩基本组合见表（单位KNm）梁号内力永久荷载人群汽车1797.08597.8566.3049.73747.02560.252307.901731.002812.29609.2641.8131.36674.39505.782174.561630.983803.36602.4936.5727.43606.21454.652041.301531.04注：桥梁重要性系数，本题取为；（4）可变荷载剪力效应计算计算可变荷载剪力效应应计入横向分布系数延桥跨变化的影响。通常分两步进行，先按跨中的由等代荷载计算跨中剪力效应；再用支点剪力荷载横向分布系数并考虑支点至L/4为直线变化来计算支点剪力效应。剪力计算时，按桥规4.3.1条规定，集中荷载标准值需乘以1.2的系数。跨中剪力的计计算表11公路级产生的跨中剪力的（单位kN）梁号内力（1）1+（2）（3）（4）（5）（6）弯矩效应 （1）（2）（3）（4）+（5）（6）10.5041.1917.8752.438214.20.575.820.4552.4380.568.430.4092.4380.561.5表12人群荷载产生的跨中剪力（单位kN）梁号内力（1）（2）（3）弯矩效应（1）（2）（3）10.6202.252.4383.420.3192.252.4382.1430.3422.252.4381.88支点剪力的计算计算支点剪力效应的横向分布系数的取值为；a支点处按杠杆法计算的bL/4-L/3按跨中弯矩的横向分布系数（同前）c支点L/4处在和之间按直线变化q=7.875KN/mKN 图14车道荷载与均布荷载作用间图 图15支点处按杠杆法计算的 图16 1号梁剪力效应的横向分布系数图 图17 2号梁剪力效应的横向分布系数图 图18 3号梁剪力效应的横向分布系数图支点剪力效应计算式为；=（1+）+（1+） 式中：相应于某均布活载作用处的横向分布图纵坐标；相应于某均布活载作用处的数值；相应的某活载的数值。人群均布活载产生的支点剪力效应计算式为；= PP=11/12（L/4）（）/2=11L/96（）式中：跨中横向分布系数；支点处横向分布系数。梁端剪力效应计算：汽车荷载作用下如图21所示计算结果如表(11)所示。表13公路级产生的支点剪力效应计算表（单位kN）梁号1+剪力效应（1+）11.191131.32156.402199.3170.103161.88192.80人群荷载作用如图，计算结果如表所示。(1)剪力效应基本组合由剪力效应表可知：剪力效应以3号梁（最大）控制设计。图19 人群荷载作用简图图20 1、2、3号梁剪力效应计算值图表14 可变作用产生的支点剪力计算表（单位kN）梁号123公式=+P P=（）L0.917/8计算值17.634.495.78 表15剪力效应组合表（单位kN）梁号剪力效应永久作用人群汽车1163.5117.63156.40527.903.4075.80134.312166.634.49170.10538.1702.1468.40119.903164.785.78192.80575.9701.8861.50107.72注：r0 桥梁结构重要性系数，这里取r0=1.0； 与其它可变荷载作用效应的组合系数，这里取=0.8；第二章 横梁的计算（一）配置主筋横梁弯矩计算（采用G-M法）由弯矩基本组合表可知，1号梁值最大，考虑到施工方便，偏安全的一律去1号梁的计算弯矩进行配筋。 从主梁计算以知=0.324和=0.161，当f=0时，查G-M法用表并内插计算，列入表内。荷载位置从0到-b间的各项数值均与0到-b间数值对称，故未列入表内。表17 横梁跨中截面的弯矩影响线表项数b3b/4b/2b/40-0.24-0.12-0.0010.120.244-0.098-0.040.280.110.2170.1420.080.029-0.01-0.0270.0240.0130.005-0.002-0.004-0.216-0.1070.0040.1180.240绘制横梁跨中截面的弯矩影响线，加载求 =（-0.107+0.097）2=-0.020=-0.107+0.097+0.228+0.17=0.235=-0.243-0.161=-0.404 集中荷载换算成正弦荷载的峰值计算，可采用下式： 图21 横梁跨中截面的弯矩影响线图P=2sin（/L）式中：p正弦荷载的峰值；L主梁计算跨径 集中荷载的作用值； 集中荷载离支点的距离。公路级车辆荷载如图22所示。=36.65（KNm） 图22公路级车辆荷载图 （单位：cm）=2/L=-43/3.1415=-3.82KNm横梁跨径为6.4m，冲击系数1+=1+0.191=1.191，可变荷载弯矩效应为：=（1+）b/2=1.19136.6544.850.235/2=99.5（KNm）=1.19136.6544.85（-0.020/2）=-8.47（KNm）=b=3.8244.85（-0.404）=-29.94（KNm）荷载组合：因为横弯矩影响线的正负面积很接近，并且系预制假设，恒载的绝大部分不产生内力，故组合时不计入横载内力。按桥规4.1.6条，荷载安全系数的采用如下：=1.4=1.499.5=139.3（KNm）负弯矩组合1.4（+）=1.4（29.94+8.47）=53.77（KNm）故横梁内力：正弯矩由汽车荷载控制：=139.3KNm；负弯矩由人群荷载控制：=53.77 KNm。（二）横梁截面配筋与验算 (1)正弯矩配筋 把铺装层折算3cm计入截面，则横梁翼板有效计算宽度为1/3跨径： 640/3=213cmb+12=15+1214=183（cm） 按规范要求取小者，即=183cm， 图23 横梁翼板有效计算宽度图（单位：cm） 暂取a=8cm， 则=103-8=95（cm）按公预规 5.2.2条规定：实际焊缝厚度为=1.20.707=0.848(cm)0.71(cm)第三章 行车道板的计算（一）计算图示考虑到主梁翼缘板在接缝处沿纵向全长设置连接钢筋， 故行车道板可按两端固定和中间铰接的板计算， 图24行车道板示意图（单位：cm）（二）永久荷载及其效应(1)每延米板上的恒载：=0.021.023=0.46（KNm） 图 图24行车道板示意图C25混凝土垫层：=0.091.024=2.16（KNm） T梁翼缘板自重： =0.111.025=2.75（KNm）每延米跨宽板恒载合计：=5.37（KNm）(2)永久荷载产生的效应弯矩：=-5.37/2 /2=-1.35（KNm）剪力：=5.37（1.6-0.18）/2=3.81（KN）(3)可变荷载产生的效应公路极：以重车后轮作用与绞缝轴线上为最不利位置，此时两边的悬臂板各承受一半的车轮荷载（如图25） 图25 车后轮作用示意图（单位：cm）按照桥规4.3.1条规定后车轮着地宽度及长度为：=0.2m =0.6m顺行车向轮压分布宽度：=0.2+20.11=0.42（m）垂直行车向轮压分布宽度： =0.6+20.11=0.82（m）荷载作用于悬臂跟部的有效分布宽度：=0.42+1.4+20.71=3.24（m）单轮时：=1.84（m）按照桥规4.3.2条规定，局部加载冲击系数：1+=1.3作用与每米宽板条上的弯矩为：=-1.3（302/3.24）（0.71-0.82/4）=-12.04（KNm）单个轮时：= -1.3（32.15/1.84）（0.71-0.21）=11.61（KNm）取最大值：=-12.04（KNm）作用与每米宽板条上的剪力为：=1.360/3.24=24.07（KN）基本组合按照桥规4.1.6条规定，恒+汽： =-1.21.35-1.412.04=-18.48（KNm） =1.23.81+1.424.07=38.27（KN）故行车道板的设计作用为：=-18.48（KNm） =38.27（KN）（三）截面设计配筋与强度验算悬臂板根部高度h=14cm，净保护层a=2cm。若选用HRb12钢筋则有效高度为： =h-a-d/2=0.14-0.02-0.006=0.114（cm）按照公预规4.1.6条规： 即21.29 13.810001.0x（0.114-x/2）解方程得：x=0.0145（m）验算 =0.550.114=0.0627（m）x=0.0145（m）第四章 支座计算采用板式橡胶支座，其设计按公预规8.4条要求计算。（一） 选定支座的平面尺寸橡胶支座的平面尺寸由橡胶板的抗拉强度和梁端或梁台顶混凝土的局部承压强度来确定。对橡胶板应满足：若选定支座平面尺寸，则支座形状系数S为：，满足规范要求。式中：t-中间层橡胶片的厚度，取t=0.5cm。橡胶板的平均压应力为,橡胶支座的剪变弹性模量（常温下），橡胶支座的抗压弹性模量计算最大支座反力为故（可以选用）（二） 确定支座的厚度主梁的计算温差取温度变形右梁端的支座均摊，则每一个支座承受的水平位移为：计算汽车荷载引起的水平位移，首先须确定作用在每一个支座上的制动力对于20m桥，梁可布置一行车队，汽车荷载制动按桥规4.3.6条，为一车道上的10%,一车道上的荷载总重为10.519238.4=443.15KN，443.1510%=44.35KN，又要求小于90KN取制动力为90KN。五梁共10个支座，每个支座承受的水平力为：按公预规8.4条要求，橡胶层总厚度y应满足：（1） 不计汽车制动力时：（2） 计汽车制动力时： （3）选用6层橡胶7层钢板组成橡胶支座。上下层橡胶片的厚度为0.25cm。中间层厚度为0.5cm，薄钢板厚度为0.2cm，则：橡胶片的总厚度为支座总厚度为：符合规范要求（三） 验算支座偏转支座的平均压缩变形为：按规范要求应满足，即符合规范要求梁端转角为：设恒载时主梁处于水平状态。已知公路级荷载作用下梁端转角验算基本偏转情况应满足：满足规范要求。（四） 验算支座的抗滑稳定性按公预规8.4.3条规定，按下式验算支座的抗滑稳定性：计入汽车制动力时:不计入汽车制动荷载时：式中：-在结构重力作用下的支座反力标准值，即-橡胶支座的剪力模量，取-由汽车荷载引起的制动力标准值，取-橡胶支座与混凝土表面的摩擦系数，取=0.3-结构自重标准值和0.5倍汽车荷载标准值（计入冲击系数）引起的支座反力：-支座平面毛面积，（1） 计入汽车制动力时： （2） 不计入汽车制动力时： 均满足规范要求，支座不会发生相对滑动。第五章 选定桥墩、桥台尺寸桥墩、桥台尺寸见附图3参考资料1李自林 主编桥梁工程（第二版）.武汉：华中科技大学出版社，2008年2彭大文 李国芬 黄小广 主编桥梁工程（上册）.北京：人民交通出版社，2007年3姚玲森 主编桥梁工程（第二版）.北京：人民交通出版社，2008年4吴培明 主编混凝土结构（上册）.武汉：武汉工业大学出版社，20045彭少明 主编混凝土结构（下册）. 武汉：武汉工业大学出版社，20046申向东 主编结构力学.北京：中国农业出版社，20047易建国 主编混凝土简支梁（板）桥.北京：人民交通出版社，2006年8桥梁设计常用数据手册编写委员会 编桥梁设计常用数据手册.北京：人民交通出版社，2005年9袁伦一、鲍卫刚 编著公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范条文应用算例.北京：人民交通出版社，2006年10闫志刚.钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁桥结构设计.北京：机械工业出版社，200911张立明，闫志刚.AutoCAD 2008道桥制图.北京：人民交通出版社，2008桥梁工程课程设计心得体会通过本次桥梁工程课程设计我学到了很多东西。首先，这是第一次做桥梁类的设计。文档的格式，排版的要求都有明确规定，觉得很新鲜。除了学习到了有关桥梁工程的专业知识以外，也学到了一些对于人员组织及文档的书写等非专业的实践类知识，尤其对计算机的要求和锻炼都很高。虽然有挑战，但我就得很有用。其次，本次设计是分组的，是几个人一起做。如果靠自己独自做，既费时间效果又不好。以前的我很倾向于自己做东西。通过这次设计，明白理解了合作的重要性。团队需要个人，个人也离不开团队。只有发扬团队协作的精神才能使设计更好更快的完成。相互学习，相互帮助，使个人在团队的协作中得到最好的进步和成长！最后，通过这次桥梁设计学到了一些桥梁设计计算的步骤，每一步骤中用的公式和规范要求。 李博 2011年3月附录附录1：桥梁总体布置图附录2：桥梁纵横断面图附录3：桥墩、桥台构造图30